有數十裡，漢軍的攻勢如風雨般迅猛，所到之處，蜀兵都四散奔逃。
起初，公孫述聽說漢軍在平曲，所以派大軍前去迎擊；等到岑彭率軍抵達武陽，繞到延岑軍隊的後方，蜀地上下都大為震動。公孫述大驚，用手杖敲打著地麵說：“漢軍怎麼來得如此神速！”
延岑率領大軍在沅水布防，臧宮的軍隊人數眾多，但糧食不足，運輸跟不上，歸降的士兵都想四散叛逃，各郡縣也再次聚眾自保，觀望成敗。臧宮想率軍撤退，又擔心被叛軍反擊。
恰逢光武帝派謁者率軍前往岑彭的軍營，有七百匹戰馬，臧宮假借光武帝的詔令，調來這些戰馬，補充自己的軍隊。隨後臧宮率軍日夜進軍，多樹旗幟，登上山頭，擊鼓呐喊，右側是步兵，左側是騎兵，還挾持著戰船前進，呼喊聲震動山穀。
延岑沒想到漢軍會突然到來，登上山頭觀望，大為驚恐。臧宮趁機率軍出擊，大敗蜀軍，斬殺、淹死的蜀軍有一萬多人，江水都被染成了渾濁的紅色。延岑率軍逃奔成都，他的部眾全部歸降，漢軍繳獲了大量的兵馬和珍寶。
臧宮於是乘勝追擊，歸降的蜀軍數以十萬計。漢軍進軍到平陽鄉，王元率領部眾歸降。光武帝給公孫述寫信，向他說明禍福得失，表明自己的誠意。
公孫述看完信後，歎息不已，把信拿給身邊的親信看。太常常少、光祿勳張隆都勸說公孫述歸降，公孫述說：“天下的興盛和衰敗，都是天命注定，難道有投降的天子嗎！”身邊的人都不敢再勸說。常少、張隆最終都因憂慮而死。
光武帝從長安返回洛陽。
冬季，十月，公孫述派刺客偽裝成逃亡的奴仆，向岑彭歸降，在夜裡刺殺了岑彭。太中大夫、監軍鄭興接管了岑彭的軍營，等候吳漢到來，再移交兵權。
岑彭治軍整齊，對百姓秋毫無犯。邛穀王任貴聽說岑彭的威望和信義，從數千裡之外派使者前來，迎接岑彭，請求歸降。恰逢岑彭已經被刺殺，光武帝把任貴獻上的貢品，全部賞賜給岑彭的妻子兒女。蜀地的百姓為岑彭建立廟宇，祭祀他。
馬成等人率軍攻破河池縣，平定了武都郡。先零羌和其他羌族部落數萬人，聚集在一起，侵擾劫掠，阻斷浩亹隘。馬成和馬援率軍深入羌地，討伐羌軍，大敗羌軍，將歸降的羌人遷徙到天水、隴西、扶風三郡安置。
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